Etude Expérimentale et Modélisation par la méthode des éléments discrets de l’amortissement dans les matériaux granulaires

Experimental study and modeling by the discrete element method of damping in granular media

• Auteur / Autrice : Marwa Daoud
• Direction : Imad Tawfiq, Mohamed Slim Abbes, Stéphane Job
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 15/09/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Quartz (Saint-Ouen, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Deü
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Imad Tawfiq, Mohamed Slim Abbes, Stéphane Job, Jean-François Deü, Mohamed Haddar, Olivier Bareille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noureddine Bouhaddi, Mohamed Soula

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissipation d'énergie

Méthode des éléments discrets

Milieux granulaires

Vibrations

Mots clés libres

Amortisseurs Passifs

Vibration

Milieu granulaire.

Dissipation

Méthode des éléments discrets

Passive damping

Vibration

Granular media

Dissipation

Discrete element method

Résumé

Ce travail de thèse a pour objet d’analyser le processus de dissipation d’énergie dans les amortisseurs par milieux granulaires. Des études de nature expérimentale, analytique et numérique ont été menées afin de pouvoir détecter les paramètres clefs agissant sur la dissipation; un modèle expérimental minimal a été présenté en premier lieu afin de mettre en évidence l’efficacité des milieux granulaire en tant qu’amortisseurs de vibrations. Un second modèle expérimental plus élaboré a été développé, avec de multiples protocoles expérimentaux, pour mener une étude paramétrique et détecter leurs impacts sur l’évolution du facteur de perte du système. On montre que le coefficient de perte ne dépend pas du matériau des particules ou leur nombre, mais dépend fortement de la masse totale des grains embarqués et sur l’amplitude du signal vibrant. Nos mesures montrent aussi la contribution de l'écoulement visqueux de l'air entourant les grains au facteur de perte globale des amortisseurs.La partie analytique à son tour a permis de retrouver le comportement obtenu expérimentalement par le billet du développement des équations du mouvement du système, celle des énergie cinétique et énergie dissipée afin de proposer enfin une équation maitresse qui décrit l’évolution du facteur de perte réduit au sein de notre système. Pour atteindre une plus grande précision, une modélisation du système granulaire par la méthode des éléments discrets (DEM) a permis de retrouver les mêmes conclusions et ainsi valider les constatations expérimentales et le modèle analytique proposé.

This thesis aims to analyze the process of energy dissipation in particle dampersExperimental, analytical and numerical studies have been conducted in order to identify key parameters influencing the dissipation; minimal experimental model was introduced first to highlight the efficiency of granular media as shock absorbers of vibrations. A second more sophisticated experimental model was developed, with multiple experimental protocols, to conduct a parametric study and detect their impact on the evolution of the system loss factor. It is shown that the loss coefficient is independent of the particle material or their number, but depends strongly on the total mass of embedded grains and on the amplitude of the vibrating signal. Our measurements also show the contribution of viscous flow of the air surrounding the grains to the overall loss factor.The analytical part in turn led to the discovery The behaviour obtained experimentally by the development of the equations of motion of the system, that of kinetic energy dissipated and energy to finally offer a mistress equation which describes the evolution of the loss factor reduced within our system. To achieve greater accuracy, a model of the granular system by the discrete element method (DEM) allowed to find the same conclusions and thus validate the experimental findings and the proposed analytical model.